里山林の構造と植生の遷移 國學院大學栃木高等学校 発表者 金子剛大（高２） ，中野太貴（高２） ，大橋拓真（高２），鈴木大介（高２） ，中山智喜， 中村龍一（高２） ，藤田拓実（高２） ，渡辺拓真（高２） 担当教員 大橋幸子 大畑綾子 【研究の背景・目的】 本校は，太平山（標高 341m）の山麓に位置しており，本校敷地内に有する太平山の一部を「思 索の森」として整備し，開校以来 55 年間，維持管理してきた．近年，里山林の意義が注目され， 各地で保全活動も行われている中， 「思索の森」のような継続的に管理されてきた森林の現状を調 べることで，里山林利用の方法について探究できると考えた．本研究では， 「思索の森」を構成し ている植物を観察し， 「思索の森」の構造と植生の移り変わりについて考察した． 【調査地・方法】 「思索の森」の中には尾根と谷とが見られ，日照条件や土壌成分に違いがある。また，尾根と 谷には，それぞれ立ち枯れや倒木があり，その部分が空いて林床が明るくなった部分（ギャップ） がある．このような立地条件と林冠疎開の有無という２つの観点から，４つの調査地区 A~D（下 の写真 10ｍ×10ｍ）を設置し，調査区内の植物種名，樹高，胸高直径を記録した． Ａ．尾根ギャップ Ｂ．尾根 Ｃ．谷ギャップ Ｄ．谷 【結果と考察】 調査地Ａ，Ｂの尾根筋では，高木層にコナラ－アカマツ，Ｃ，Ｄの谷筋では，高木層にスギが Ａ．尾根ギャップ 見られ，尾根と谷では植生が異なることが分かった． 調査地Ａにおいては，アカマツの倒木によってギャップができており，林床には多様な幼木が 見られたが，調査地Ｂの林床では低木のヒサカキが大きく優占し，今後植物の多様性が失われて いく可能性が考えられる。また，調査地Ｃの谷ギャップは，スギの倒木によるものであるが，調 査地Ａの尾根ギャップに比べて樹高の高い樹木が目立つ。これは，谷では土壌の水分が多いこと と，ギャップの状態が長年継続し、先駆樹種が成長したことが原因であると考えられる． 以上の結果より， 「思索の森」では，尾根筋ではコナラを主とした落葉広葉樹林，谷筋ではスギ を主とした針葉樹林を維持することで，異なる植生を観察できる里山林として，教育活動に利用 できると考える．このような状態を維持するためには，尾根筋では人為的に林床に光を入れるこ と，谷筋ではギャップが維持されている現状を保持することが必要であろう． 今後は，目的とする里山林の形につなげていくための方法を，具体的に検討，研究していきた い． 生物３－① 地衣植物の研究～地衣植物は環境のバロメーター～ 茨城県立緑岡高等学校 一毛あすか（２），鬼澤萌（２），本多南菜（２） ，矢澤くるみ（２），高野明美 １ はじめに 地衣植物とは菌類と緑藻類の２種類が共生した複合生物である。環境汚染の影響を非常に受け やすいため，周辺の大気汚染の程度を調べる指標生物として用いることができる。 ２ 調査内容 私たちは，樹皮上に生育する地衣植物と周辺環境（照度，温度，大気汚染物質）の関係につい て調査した。 ・吉沢町のさくら通り（通学・通勤時交通量多め）沿いの，①畑の隣で日当たりの良い場所，② 小学校の隣で日当たりの悪い場所，③駐車場の隣で日当たりは良いが，大気汚染が心配される場 所からそれぞれ１本ずつ木を選出した。 ・それぞれの木について，生育する地衣植物の量，幹の表面温度・照度（南側，北側），周囲の大 気汚染物質（二酸化炭素，二酸化硫黄，窒素酸化物）の濃度を調べた。 ３ 結果 場所 ①畑 ②小学校 ③駐車場 写真（南/北） 温度℃（南/北） 23.3/8.0 10.9/8.0 17.1/7.8 照度 lux（南/北） 5277/416 1249/355 4029/324 ・大気汚染物質は空気中の濃度が非常に小さく測定できなかった。《参考数値》（水戸市石川町） SO₂→0.001ppm ４ NO₂→0.013ppm 環境省 HP より 考察 一本ずつ見るとどの木の幹の北側にも多く生育していたため，直射日光が当たらない環境も地 衣植物の生育に適しているのではないかと考えられた（①②③）。しかし，日光が少なすぎても生 育に適さないと予想される（②）。空気中の大気汚染物質濃度の測定はできなかったが，③の木で 地衣植物が少なかったことに自動車の排気ガスによる汚染が関係している可能性は否定できない。 ５ 今後の課題 限定したエリア（現在は逆川緑地を予定）に生育する地衣植物の種類・大きさ（直径）などを 調査する。また，それらの結果を用いてそのエリアの大気汚染状況を調査する。 生物３－② 牛久沼再生にむけて：埋土種子を用いた研究 茨城県龍ヶ崎第一高等学校 豊島楽子（2 年） 出雲辰雄 背景と目的：龍ヶ崎市と牛久市にまたがる牛久沼は、護岸工事の影響や周辺に人が多く住み始め たことにより、水が混濁し、水生植物が減った。また、外来生物の侵入もあり、牛久沼の本来の 生態系は大きく変わってきている。近隣の霞ケ浦では、アサザ基金の主催する「アサザプロジェ クト」として、霞ケ浦の水底の泥に存在する埋土種子を利用した研究成果がある。そこで、牛久 沼でも埋土種子を用いれば、水生植物が繁茂し、牛久沼の水質浄化と生物多様性を取り戻せる可 能性があると考えた。本調査では、埋土種子を通じて、以前の環境と今の環境との違いを明らか にし、牛久沼再生の有効な方法を考えることを目的とする。 方法：現地調査（3 か月） ：牛久沼の近くに広がる谷津田（休耕田・優占種：セイタカアワダチソ ウ）に 3 つの区画（①・②・③）を作り、さらにそれぞれを１㎡の 2 つの区画（A：セイタカアワ ダチソウを抜く・B：何もしない）に分けた。それぞれの区画内の植物種・量の調査を、10×10 マスの方眼紙に植物ごとに塗り分ける（合計 30 種）という方法で調査した。 埋土種子発芽実験（2 か月）：谷津田の中で環境の異なる 4 か所の土を表層から 10 ㎝付近から採 取し、根や小石を取り除いた。バットに 8 ㎝ほどの市販の土を敷き、その上に採取した土を撒い て湿地化させた。写真を撮るとともに、気温や発芽個体数を記録した。 結果：現地調査：すべての区画において個々の植物の量が変化したが、種類の変化はあまり見ら れなかった。区画 A と B を比較すると、生えている種はほとんど変わらないが、B ではセイタカ アワダチソウが優占種となりほかの種を覆い隠していた（区画①と③）。また、セイタカアワダチ ソウ以外の植物の量が少ない傾向にあった。セイタカアワダチソウを抜いた A ではスギナやイネ 科などの在来種が優占種であった。どの区画においても水生植物は確認されなかった。 埋土種子発芽実験：発芽したほとんどすべての種が、現地調査では確認されなかった種だった。 現地で優占種であるセイタカアワダチソウは確認されなかった。水生植物に属するカヤツリグサ 科や、ガマが確認された。それぞれのバットで 300 個体以上発芽した。 考察：休耕田のため乾燥し、水生植物がほとんど生えない谷津田であるが、埋土種子発芽実験よ り、湿地化させることにより、カヤツリグサ科をはじめとする水生植物が発芽する。つまり、牛 久沼において浅瀬や湿地を作ることで、本来の植生が回復すると考える。また、現地調査より、 セイタカアワダチソウを抜くとその他の植物の勢力が増し、特に在来種の成長が確認されたこと から、多様な植生を回復させるためには、在来種の生育を妨げる外来種の侵入を防いだり、除去 したりする必要があると考える。 生物３－③ マングローブの土を見る！ ～マングローブ林の成立によってできる土壌の研究～ 東京都立科学技術高等学校 阿部 隼人 (２年),村松 さらら (１年), 指導教員 七森 敦行 矢島 憲行 【１．はじめに】マングローブとは、熱帯や亜熱帯の、海と川の水に挟まれた汽水域と呼ばれる 場所にある、独特の生態系のことを指す。私たちは、このマングローブのある沖縄県の西表島で フィールドワークを行い、マングローブは、非常に豊かな生物多様性を持つ生態系であるという ことを実感した。しかし、現在世界中でマングローブは減少傾向にある。私たちは、地球温暖化 の防止や、生物多様性の保持に、マングローブの再生は不可欠だと考えた。そこで、今回生態系 の基盤である土壌に注目し「マングローブ林の成立が土壌にどのような影響を与えるか」につい て調べてみようと思った。 【２．仮説】マングローブ林の成立は、地表及び地下に特異的な土壌環境を形成する。 【３．方法】西表島北部の数地点でマングローブ林外(干潟の海側)と、マングローブ林内からジ オスライサーを用いて土壌を採取した。採取した土壌は 5ｃｍの深度ごとに分け各サンプルとし た。その後各サンプルの一部を海水と混ぜ、酸化還元電位を測定した。さらに、残ったサンプル を学校に持ち帰り有機物(定量)・pH・電気伝導度・無機物(定性・定量)・粒度について分析した。 【４．結果】今回の実験で得られたデータの一部を下表に示す。林内の土壌は、林外と比べ、有 機物と無機塩類を多量に含んでおり、pH は 弱酸性に傾いていて、深層ほど還元性は 高かった。さらに有機物量と無機物量に 関しては、林外が島内の森林土壌の 約２～７倍もの量を含んでおり、 マングローブ林がその外部の環境にも 影響を与えていることが示唆された。 マングローブ マングローブ 林外 林内 酸化還元電位【ｍV】 135.75 69.75 有機物量【質量％】 18.35 29.365 ｐH（H₂O） 7.5 6.03 電気伝導度【ｍS/cm】 0.35 0.63 測定項目（一部） 【５．考察・まとめ】マングローブ林の成立によって、周囲の土壌は、マングローブ植物由来の 有機物や、河川や海から供給される無機塩類が多く堆積するようになる。また、堆積した有機物 は地下の還元性を高め、pH を酸性に傾けるようになる。さらに、堆積した有機物や無機塩類は、 潮の干満や生物を介して河川や海の生態系にも供給されるようになる。このようなマングローブ 土壌を中心とした物質循環(図)は、マングローブ林内の生態系だけではなく、たとえば海側にい るたくさんの稚魚など、他の生態系の生物多様性をも生み出していることが明らかになった。 図；マングロー ブを中心とし た物質循環 生物３－④ 納豆に含まれる発芽抑制物質の特定 茗溪学園高等学校 大泉和也（2 年） 担当教員：鈴木朋子 【目的】 納豆に放射線を照射すると高い保水性を持つポリグルタミン酸のゲルができる。この納豆のポ リグルタミン酸を用いた土壌改良は有効と考えられるが、一方納豆には発芽抑制物質が存在する 可能性が示唆されている。この納豆の有効利用を妨げる要因となる発芽抑制物質を特定する。 【研究内容】 実験１：ポリグルタミン酸の発芽抑止効果を調べる 納豆液に無水エタノールを混ぜてポリグルタミン酸を分離さ せた。ポリグルタミン酸を取り出した残りの納豆液(納豆抽出液と する)は蒸留を行い、無水エタノールを取り除いた。ポリグルタミ ン酸水溶液、納豆抽出液、蒸留水をそれぞれろ紙をひいたシャー レに入れ、種子を 20 粒播種した。これを 4 反復ずつ作り 1 週間 後の発芽数を測定した。この結果により発芽抑制物質はポリグル タミン酸以外の物質であることが示唆された。 実験２：納豆抽出液を化学的性質によって分ける 水層から発芽がみられなかったことから、発芽抑制効果のある 物質は水に良く溶ける極性の高い物質であると思われる。 実験３：タンパク質成分による活性を調べる 実験 2 から発芽抑制効果のある物質は、水層中のタンパク質であ るという仮説を立て検証を行った。水層溶液を 3 倍に薄め 3 等分 した。一つはトリプシンを添加し 38℃で 30 分放置した後、さら に 70℃で 20 分放置し加熱処理を行った。もう一つは、加熱処理 のみを行った。残りを対照とした。結果よりタンパク質の分解や 熱変性によって発芽率の上昇がみられるため、発芽抑制効果のあ る物質はタンパク質である可能性が高いと考えられる。 実験４： タンパク質の電気泳動 実験３で発芽抑制効果のある水層画分を原液として、 Native PAGE を行った結果、泳動の前線に近い場所に、バン ドが１つ確認できた。フィルター濾過により 10 倍濃縮した。 ①② ③ ②③ ①唾液（BPB 添加）②納豆抽出液(BPB 添加)③納豆抽出液(BPB 添加せず)を電気泳動より物質の特定を行った。BPB の色を目 安に、タンパク質があると思われる場所に種子を置き発芽率を 調べた。結果はタンパク質があると思われた場所に置いた種子 からも発芽が見られ、対照との差は確認できなかった。この結果は、ⅰ）活性試験としての方法 が適当でなかった。ⅱ）ゲル内の物質濃度が低く活性がなかった。ⅲ）タンパク質がゲル内に閉 じ込められた状態で種子に影響を与えることができなかった。ⅳ）タンパク質の分子量が小さく てフィルターで濃縮されずろ液に含まれた、などが考えられ今後の検討が必要である。 生物３－⑤ ヒカリモが一年中見られる洞穴と見られない洞穴の水質の違い 茨城県立日立第一高等学校 発表者 井上 晴香（２年） 担当教員 照沼 芳彦 はじめに： 東滑川海浜緑地には，複数の洞穴があり，泥，枯葉，雨が染み出した水が溜まって いる。そこに，水面に黄金色の膜を形成するヒカリモが生息している。しかし，ヒカリモによる 黄金色の膜は，一年中観察できる洞穴とできない洞穴がある。そこで，それらの洞穴内の水質に は違いがあるのか調べることにした。生態系における水に含まれる栄養塩類は，季節変動がとも なう。温度が高い春から秋にかけて生物生産が活発になることにより栄養塩類は減少する。冬場 は，生物生産の低下や有機物の分解により栄養塩類は増加する。また，本校の過去の研究より， ヒカリモが生息できる水温は 5℃～23℃，ｐＨは６前後が最適と考える。 目 的： ヒカリモの黄金色の膜と東滑川海浜緑地の洞穴内の水の栄養塩類との関係を調べる。 実験方法: ヒカリモがこれまでに観察された洞穴のうち 3 カ所について，表面観察・水温・ｐＨ 測定，デジタルパックテスト（共立理化学研究所）を使って水質検査を行う。項目は COD，NH₄-N， NO₂-N，NO₃-N，PO₄-P，SiO₂である。また，ヒカリモと栄養塩類の関係を調べるために，液体肥料 (ハイポネックス)を使った培養実験を行った。 結果と考察： 水温は，季節によって変化し，常にヒカリモが生息できる水温の範囲内だった。 また，これまでも一年中ヒカリモが観察されている観察場所②のｐＨは 6 前後だった。洞穴内の 水質は，COD で測定範囲を超えることが多い。8 月は COD の低下にともない NH₄‐N，NO₂‐N の値 が高くなった。このことから，夏場は有機物の分解が活発だと考えられる。ヒカリモの黄金色の 膜が薄い，または見られない時期に PO₄‐P の値が高くなっていた。培養実験においては，ハイポ ネックスを 1000 倍，10000 倍に希釈したもののみにヒカリモの膜が観察された。特に 10000 倍に 希釈したものでヒカリモが多く観察された。 8 30.0 ｐH 25.0 7 20.0 15.0 6 気温・水温（℃） 10.0 5.0 観察場所① 観察場所② 観察場所③ 気温 5 観察場所① 観察場所② 観察場所③ 4 0.0 日付 日付 ＜図 1．東滑川海浜緑地の洞穴内の水温とｐＨ＞ まとめ： 洞穴内の水質には季節的な変動傾向が見られる。その中で，ヒカリモの膜が薄いまた は観察できない時期に PO₄-P に値が高くなっていた。ハイポネックスを 10000 倍希釈したもので ヒカリモを培養したときに，特にヒカリモによる黄金色の膜が観察された。 今後の課題： 今後も継続的に観察し，ヒカリモと栄養塩類の関係を調べていきたい。特に，ヒ カリモと PO₄-P との関係を深く調べていきたい。培養実験に関しては 10000 倍に希釈したものの 栄養塩類の含有量を調べヒカリモにとって最適な栄養塩類の含有量を調べたい。また，100000 倍 に希釈したものを用意し観察をしたい。 生物３－⑥ 植物の水質浄化効果の最適条件 茨城県立日立第一高等学校 石澤 美聡(２年) 安齋 正人 【はじめに】 植物には水質を浄化する能力があることを知り，どのような条件のもとでこの能力が向上する のか興味をもち調べた。 【仮説】 最近の研究で，植物は赤い光を当てると成長が促進されることが分かっている。そこで，赤い 光を当てると成長が促進され，栄養分を多く吸い取るため水質浄化効果も上がると考えた。 また，植物は葉や茎だけでなく根でも呼吸しているため，より多くの空気を送ることで水質浄 化効果の向上を促すと考えた。 【実験とまとめ】 ＜実験１＞ 実験には，水質浄化効果が高いといわれているインパチェンス属の種間雑種サンパチェンス (Impatiens hybrid Sun Patience)を使用する。これを，水が入った水槽に入れる。使用する水は， 水戸市にある千波湖のものである。この実験装置を２つ作り，内１つを赤いセロハンで覆い，１ ５日間育てる。水質浄化されたか確認するため，化学的酸素要求量(COD)，アンモニウム，硝酸 態窒素，リン酸の４種類について，実験開始時と実験後の２回パックテストを行い，比較する。 COD，硝酸態窒素，リン酸において，赤いセロハンの有無による変 化の違いは見られなかった。アンモニウムは，赤いセロハンで覆った ものの方が，より色が薄くなり，浄化されたことを示したが，その差 は僅かであった。 ▲実験１の様子 ＜実験２＞ 育てる過程で水中にポンプを設置し，根に空気を多く与える。測定した値，使用した水，植物， 実験期間は実験１と同様である。結果は，アンモニ ウムのみ，ポンプを設置したものの方が，薄い色を 示し，浄化されたことを示したが，他の物質では差 が見られなかった。 ▲使用したポンプ ▲実験２の様子 当てる色や根に与える空気の量によって，アンモニウムについて水質浄化効果が向上すること が分かった。しかし，差が僅かであったため，信憑性に欠けると考えられる。 【今後の展望】 今回の実験は１５日間と期間が短かったことや天候の影響を考慮しなかったため，正確な結果 が得られなかった。今後は，再度実験を行い，データの信頼性を高めたい。 生物３－⑦
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